【手続補正書】
【提出日】平成18年11月14日(2006.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】ミリ波からテラヘルツ波にかけての周波数領域のいずれかの周波数を有する電磁波を発生する装置において、
レーザ光を発するレーザ装置と、該レーザ装置から発したレーザ光を伝播させる光導波路と、該光導波路を伝播したレーザ光を前記電磁波に変換する電磁波発生器と、該電磁波発生器で変換された電磁波を伝播させる伝送路とが、単一の基板上に形成されたことを特徴とする電磁波発生装置。
【請求項２】前記レーザ装置は、互いに異なる発振波長を持つ２つのレーザ装置から成り、前記電磁波発生器はこれらのレーザ装置から発したレーザ光を、これらのレーザ光のビート周波数に相当する電磁波に変換する請求項１に記載の電磁波発生装置。
【請求項３】更に、前記基板上に形成され、前記伝送路を伝播した電磁波を電気信号として検出する検出器を有する請求項１又は２に記載の電磁波発生装置。
【請求項４】ミリ波からテラヘルツ波にかけての周波数領域のいずれかの周波数を有する電磁波を発生する装置において、
レーザパルス光を発するレーザ装置と、該レーザ装置から発したレーザパルス光を伝播させると共に、該レーザパルス光を２つのレーザパルス光に分岐する光導波路と、該光導波路で分岐された一方のレーザパルス光を前記電磁波に変換する電磁波発生器と、該電磁波発生器で変換された電磁波を伝播させる伝送路と、前記光導波路で分岐された他方のレーザパルス光を遅延させる光遅延器と、該光遅延器で遅延されたレーザパルス光が照射され、該レーザパルス光が照射されたタイミングで前記伝送路を伝播した電磁波を電気信号に変換する光伝導スイッチ素子から成る光検出器とが、単一の基板上に形成されたことを特徴とする電磁波発生装置。
【請求項５】更に、前記基板上に形成され、前記伝送路を伝播する電磁波を外部空間に放出すると共に、外部空間からの電磁波を受信して前記伝送路を伝播させ、前記光検出器に導くアンテナを有する請求項３又は４に記載の電磁波発生装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にミリ波からテラヘルツ波領域の高周波電気信号を発信、受信する高周波電気信号制御装置ないし電磁波発生装置、及びこれを用いたセンシングシステムに関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0002】
【従来の技術】
近年、ミリ波からテラヘルツ波にかけた電磁波（30GHz〜30THz）（本明細書では、この周波数範囲内にある電磁波について、単に電磁波、高周波電気信号、ミリ波、テラヘルツ波、電波などと言及する場合がある）を用いた非破壊なセンシング技術が開発されてきている。この周波数帯の電磁波では、X線に代わる安全な透視検査装置としてイメージングを行なう技術や、物質内部の吸収スペクトルや複素誘電率を求めて結合状態やキャリア濃度や移動度を評価する技術が開発されている。また、ミリ波では、70GHz帯で、衝突安全レーダとして位置センシング技術が開発されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
そこで、本発明の目的は、主としてミリ波からテラヘルツ波における電磁波を用いてセンシングなどを行うための、低消費電力、小型で持ち運び可能な集積モジュールとして容易に構成され得る構成を有する高周波電気信号制御装置ないし電磁波発生装置、及びこれを用いたセンシングシステムを提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明による電磁波発生装置は、ミリ波からテラヘルツ波にかけての周波数領域のいずれかの周波数を有する電磁波を発生する装置であって、レーザ光を発するレーザ装置と、該レーザ装置から発したレーザ光を伝播させる光導波路と、該光導波路を伝播したレーザ光を前記電磁波に変換する電磁波発生器と、該電磁波発生器で変換された電磁波を伝播させる伝送路とが、単一の基板上に形成されたことを特徴とする。この構成の電磁波発生装置によれば、小型の半導体レーザなどのレーザ装置とその光を発生器に導くための光導波路が、発生器及びその信号の伝送路と共に同一基板上に集積化されたモジュールなどの構成に容易にできる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記基本構成に基づいて、以下の様な態様の電磁波発生装置が可能である。
前記基板上に形成され、前記伝送路を伝播した電磁波を電気信号として検出する検出器を更に有する形態にもできる。また、前記光導波路を構成する誘電体部材と前記伝送路を構成する誘電体絶縁層が同一部材で構成されている形態にもできる。この例では、光導波路と信号の伝送路が同一部材で構成されているので、作製が容易で、比較的低コストな小型モジュールを容易に提供できる。さらに、検出器を備えたり、アンテナを備えたりすることで、半導体、有機物、生体などのあらゆる試料に対して、簡単にどこでも透過/反射計測を行うことができ、接触或いは非接触で誘電率、キャリア濃度分布などを調べたり、DNA、タンパク質などの検査、認証、セキュリティチェックなどを行うことができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
また、前記レーザ装置が、互いに異なる発振波長を持つ2つのレーザ装置から成り、前記電磁波発生器がこれらのレーザ装置から発したレーザ光を、これらのレーザ光のビート周波数に相当する電磁波に変換する形態にもできる。より具体的には、前記レーザ装置が異なる発振波長を持つ2つの装置からなり、2つの装置から出射された光が前記同一基板上に形成されたY分岐光導波路によって合波され、2つの装置の差周波に相当する電気信号を前記発生器から発生させる形態にもできる。例えば、CW（連続）のミリ波、テラヘルツ波を発生させるには、2台の半導体レーザの光をミキシングしてビート周波数を電磁波に変換することで得られ、半導体レーザの波長を注入電流によって変化させれば連続可変にでき、テラヘルツ領域の分光分析を行うことができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、ミリ波からテラヘルツ波にかけての周波数領域のいずれかの周波数を有する電磁波を発生する装置であって、レーザパルス光を発するレーザ装置と、該レーザ装置から発したレーザパルス光を伝播させると共に、該レーザパルス光を2つのレーザパルス光に分岐する光導波路と、該光導波路で分岐された一方のレーザパルス光を前記電磁波に変換する電磁波発生器と、該電磁波発生器で変換された電磁波を伝播させる伝送路と、前記光導波路で分岐された他方のレーザパルス光を遅延させる光遅延器と、該光遅延器で遅延されたレーザパルス光が照射され、該レーザパルス光が照射されたタイミングで前記伝送路を伝播した電磁波を電気信号に変換する光伝導スイッチ素子から成る光検出器とが、単一の基板上に形成された形態にもできる。更に、前記レーザ装置が半導体モードロックレーザであって、10psec以下のパルス幅を持つ短パルスを発生させられるものであり、前記発生器によって短パルスの電気信号を発生させる形態にもできる。この場合、前記半導体モードロックレーザの光出力を前記同一基板上に形成された光導波路によって、前記検出器にも導くことができ、検出器に導く光導波路には遅延量を変化できる光遅延器が備えられ、遅延量を変化させながら短パルス電気信号の時間波形を計測する形態にできる。この様に、時間領域計測を行う為に、半導体モードロックレーザを用いてpsec以下の光パルスを発生させ、テラヘルツ発生器で電磁波インパルスに変換して伝送路を伝播させることで、レーザ出力の一部を、光遅延素子を用いて遅延時間を可変しながら検出器に照射してゲーティングすれば、インパルス応答の時間波形を計測することができる。これは、試料の複素誘電率、屈折率変化などを調べたり、反射遅延時間計測に用いて高精度なリモート位置センシングを行うことができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、前記基板上に形成され、前記伝送路を伝播する電磁波を外部空間に放出すると共に、外部空間からの電磁波を受信して前記伝送路を伝播させ、前記光検出器に導くアンテナを更に有する形態にもできる。これにより、半導体、有機物、生体などあらゆる試料に対して、簡単にどこでも透過/反射計測を行うことができ、非接触で誘電率、キャリア濃度分布などを調べたり、DNA、タンパク質などの検査、認証、セキュリティチェックなどを行うことができる。このアンテナから放射される電波の方向を偏向する手段をさらに備えることもできる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
以上の構成の集積モジュール（長さ、幅はmmのオーダー程度の大きさである）に、センシング対象となる試料１２を載せる。テラヘルツ波１４は伝送路５、１７を伝播していくが、表面にも電磁波が染み出している（エバネッセント波）ので、試料１２の吸収特性に応じて検出器８で検出するミリ波、テラヘルツ波の強度が変化する。したがって、ビート周波数を変化させながら測定することで、試料１２のテラヘルツ領域の分光分析を行える。分光における周波数分解能は、用いたレーザのスペクトル線幅で決まり、本実施例では、およそ10MHzである。試料１２としては、半導体、金属、誘電体、有機材料、生体物質（細胞、DNA、タンパク質）、食品、植物など、あらゆるものについて、従来得られなかったテラヘルツ領域の特性を簡単に調べることができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
アンテナ５１を載せた構造体５０で1次元の加振が可能な様にしておけば、ビームスキャンができ、試料５２をスキャン方向と直交方向に動かしながらその2次元反射イメージ像を得ることができる。このとき、電磁波の指向性を向上させてイメージ像の空間分解能を向上させるために、誘電体レンズやフォトニック結晶（不図示）をアンテナ５１の上にさらに載せてもよい。これにより、波長オーダーの空間分解能が得られるので、1THzの電磁波の場合には約300μmとなる。さらに分解能を向上させるには、上記レンズやフォトニック結晶に、波長の1/10以下の微小開口、すなわち30μm以下の開口を金属等で形成しておくと、近接場プローブとして機能するため、開口の大きさ程度の分解能の像が得られるようになる。ただし、この近接場プローブを用いる場合には、試料５２を近づけて検査する必要がある。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0046】
【発明の効果】
以上説明した様に、本発明によって、主としてミリ波からテラヘルツ波における電磁波を用いたセンシングを行うための、電磁波の空間伝播の状態の制御、すなわちアンテナの放射強度やビーム偏向、on/offなどの制御が容易で、小型、低消費電力な集積モジュールなどとして容易に構成できる高周波電気信号制御装置ないし電磁波発生装置を実現できる。これにより、生体情報検査装置、手荷物セキュリティチェック装置、材料解析を行う透過／反射イメージング装置、ワイヤレスで位置情報をセンシングするレーダシステム、各種情報機器にデータ入力するためのポインティングデバイスなどに適用して、これらの装置ないしシステムの携帯性を向上させることができる。